工程力學(xué)概論論文-1

工程力學(xué)概論論文工程力學(xué)概論論文本專業(yè)畢業(yè)能干什么？力學(xué)是基礎(chǔ)科學(xué)，又是技術(shù)科學(xué)，其發(fā)展橫跨理工，與各行業(yè)的結(jié)合是非常密切的。與力學(xué)相關(guān)的基礎(chǔ)學(xué)科有數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)、天文、地球科學(xué)及生命科學(xué)等，與力學(xué)相關(guān)的工程學(xué)科有機(jī)械、土木、航空航天、交通、能源、化工、材料、環(huán)境、船舶與海洋等等。由于相關(guān)行業(yè)的發(fā)展與國(guó)民經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展同步，使得力學(xué)在其中多項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展中起著重要的甚至是關(guān)鍵的作用。力學(xué)專業(yè)的畢業(yè)生既能夠從事力學(xué)教育與研究工作，又能夠從事與力學(xué)相關(guān)的機(jī)械、土木、航空航天、交通、能源、化工等工程專業(yè)的設(shè)計(jì)與研究工作，還能夠從事數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)、天文、地球或生命等基礎(chǔ)學(xué)科的教育與研究工作。從這個(gè)意義上講，力學(xué)專業(yè)培養(yǎng)人才的對(duì)口是非常寬的，社會(huì)對(duì)力學(xué)人才的需求也是很多的。隨著力學(xué)學(xué)科的發(fā)展，在本世紀(jì)將產(chǎn)生一些新的學(xué)科結(jié)合點(diǎn)，如生物醫(yī)學(xué)工程、環(huán)境與資源、數(shù)字化信息等。經(jīng)典力學(xué)與納米科技一起孕育了微納米力學(xué)將力學(xué)知識(shí)應(yīng)用于生物領(lǐng)域產(chǎn)生了生物力學(xué)和仿生力學(xué)；這些都是近年來(lái)力學(xué)學(xué)科發(fā)展的亮點(diǎn)。能夠意料，隨著社會(huì)的發(fā)展，力學(xué)學(xué)科與環(huán)境和人居工程等專業(yè)的學(xué)科穿插也將會(huì)進(jìn)一步加強(qiáng)。結(jié)論寬口徑前途無(wú)量工程力學(xué)簡(jiǎn)介工程力學(xué)是研究有關(guān)物質(zhì)宏觀運(yùn)動(dòng)規(guī)律，及其應(yīng)用的科學(xué)。工程給力學(xué)提出問(wèn)題，力學(xué)的研究成果改良工程設(shè)計(jì)思想。從工程上的應(yīng)用來(lái)講，工程力學(xué)包括：質(zhì)點(diǎn)及剛體力學(xué)，固體力學(xué)，流體力學(xué)，流變學(xué)，土力學(xué)，巖體力學(xué)等。人類對(duì)力學(xué)的一些基本原理的認(rèn)識(shí)，一直能夠追溯到史前時(shí)代。在中國(guó)古代及古希臘的著作中，已有關(guān)于力學(xué)的敘述。但在中世紀(jì)以前的建筑物是靠經(jīng)歷建造的。1638年3月伽利略出版的著作（關(guān)于兩門新科學(xué)的談話和數(shù)學(xué)證實(shí)）被以為是世界上第一本材料力學(xué)著作，但他對(duì)于粱內(nèi)應(yīng)力分布的研究還是很不成熟的。納維于1819年提出了關(guān)于粱的強(qiáng)度及撓度的完好解法。1821年5月14日，納維在巴黎科學(xué)院宣讀的論文（在一物體的外表及其內(nèi)部各點(diǎn)均應(yīng)成立的平衡及運(yùn)動(dòng)的一般方程式），這被以為是彈性理論的創(chuàng)始。其后，1870年圣維南又發(fā)表了關(guān)于塑性理論的論文水力學(xué)也是一門古老的學(xué)科。早在中國(guó)春秋戰(zhàn)國(guó)時(shí)期(公元前5～前4世紀(jì))，墨翟就在（墨經(jīng)）中敘述過(guò)物體所受浮力與其排開的液體體積之間的關(guān)系。歐拉提出了理想流體的運(yùn)動(dòng)方程式。物體流變學(xué)是研究較廣義的力學(xué)運(yùn)動(dòng)的一個(gè)新學(xué)科。1929年，美國(guó)的賓厄姆建議設(shè)立流變學(xué)學(xué)會(huì)，這門學(xué)科才遭到了普遍的重視。土力學(xué)在二十世紀(jì)初期即逐淅構(gòu)成，并在40年代以后獲得了迅速發(fā)展。在其構(gòu)成以及發(fā)展的初期，泰爾扎吉起了重要作用。巖體力學(xué)是一門年輕的學(xué)科，二十世紀(jì)50年代開場(chǎng)組織專題學(xué)術(shù)討淪，其后并已由對(duì)具有不連續(xù)面的硬巖性質(zhì)的研究擴(kuò)展到對(duì)軟巖性質(zhì)的研究。巖體力學(xué)是以工程力學(xué)與工程地質(zhì)學(xué)兩門學(xué)科的融合而發(fā)展的。從十九世紀(jì)到二十世紀(jì)前半期，連續(xù)體力學(xué)的特點(diǎn)是研究各個(gè)物體的性質(zhì)，如粱的剛度與強(qiáng)度，柱的穩(wěn)定性，變形與力的關(guān)系，彈性模量，粘性模量等。這一時(shí)期的連續(xù)體力學(xué)是從宏觀的角度，通過(guò)實(shí)驗(yàn)分析與理論分析，研究物體的各種性質(zhì)。它是由質(zhì)點(diǎn)力學(xué)的定律推廣到連續(xù)體力學(xué)的定律，因此自然也出現(xiàn)一些矛盾。于是基于二十世紀(jì)前半期物理學(xué)的進(jìn)展，并以當(dāng)代數(shù)學(xué)為基礎(chǔ)，出現(xiàn)了一門新的學(xué)科——理性力學(xué)。1945年，賴納提出了關(guān)于粘性流體分析的論文，1948年，里夫林提出了關(guān)于彈性固體分析的論文，逐步奠定了所謂理性連續(xù)體力學(xué)的新體系。隨著構(gòu)造工程技術(shù)的進(jìn)步，工程學(xué)家也同力學(xué)家和數(shù)學(xué)家一樣對(duì)工程力學(xué)的進(jìn)步做出了奉獻(xiàn)。如在桁架發(fā)展的初期并沒有分析方法，到1847年，美國(guó)的橋梁工程師惠普爾才發(fā)表了正確的桁架分析方法。電子計(jì)算機(jī)的應(yīng)用，當(dāng)代化實(shí)驗(yàn)設(shè)備的使用，新型材料的研究，新的施工技術(shù)和當(dāng)代數(shù)學(xué)的應(yīng)用等，促使工程力學(xué)日新月異地發(fā)展。質(zhì)點(diǎn)、質(zhì)點(diǎn)系及剛體力學(xué)是理論力學(xué)的研究對(duì)象。所謂剛體是指一種理想化的固體，其大小及形狀是固定的，不因外來(lái)作用而改變，即質(zhì)點(diǎn)系各點(diǎn)之間的距離是絕對(duì)不變的。理論力學(xué)的理論基礎(chǔ)是牛頓定律，它是研究工程技術(shù)科學(xué)的力學(xué)基礎(chǔ)。固體力學(xué)包括材料力學(xué)、構(gòu)造力學(xué)、彈性力學(xué)、塑性力學(xué)、復(fù)合材料力學(xué)以及斷裂力學(xué)等。尤其是前三門力學(xué)在土木建筑工程上的應(yīng)用廣泛，習(xí)慣上把這三門學(xué)科統(tǒng)稱為建筑力學(xué)，以表示這是一門用力學(xué)的一般原理研究各種作用對(duì)各種形式的土木建筑物的影響的學(xué)科。在二十世紀(jì)50年代后期，隨著電子計(jì)算機(jī)和有限元法的出現(xiàn)，逐步構(gòu)成了一門穿插學(xué)科即計(jì)算力學(xué)。計(jì)算力學(xué)又分為基礎(chǔ)計(jì)算力學(xué)及工程計(jì)算力學(xué)兩個(gè)分支，后者應(yīng)用于建筑力學(xué)時(shí)，它的四大支柱是建筑力學(xué)、離散化技術(shù)、數(shù)值分析和計(jì)算機(jī)軟件。其任務(wù)是利用離散化技術(shù)和數(shù)值分析方法，研究構(gòu)造分析的計(jì)算機(jī)程序化方法，構(gòu)造優(yōu)化方法和構(gòu)造分析圖像顯示等。如按使構(gòu)造產(chǎn)生反響的作用性質(zhì)分類，工程力學(xué)的很多分支都能夠再分為靜力學(xué)與動(dòng)力學(xué)。例如構(gòu)造靜力學(xué)與構(gòu)造動(dòng)力學(xué)，后者主要包括：構(gòu)造振動(dòng)理論、波動(dòng)力學(xué)、構(gòu)造動(dòng)力穩(wěn)定性理論。由于施加在構(gòu)造上的外力幾乎都是隨機(jī)的，而材料強(qiáng)度在本質(zhì)上也具有非確定性。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，20世紀(jì)50年代以來(lái)，概率統(tǒng)計(jì)理論在工程力學(xué)上的應(yīng)用愈益廣泛和深化，并且逐步構(gòu)成了新的分支和方法，如可靠性力學(xué)、概率有限元法等。力學(xué)發(fā)展簡(jiǎn)史托勒密(Ptolemy,100-170)在（大匯編）(Almagest)中建立了太陽(yáng)系運(yùn)行的托勒密體系。希羅(HeroofAlexandria,約公元60)在（氣體力學(xué)）(Pneumatics)中涉及了真空、水與空氣的壓力、虹吸管、玩具和一種用正氣驅(qū)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)機(jī)械。在（力學(xué)）(Mechanics)中介紹了運(yùn)動(dòng)、平衡和簡(jiǎn)單機(jī)械的知識(shí)。帕普斯(PappusAlexandrinus，300-350)在（數(shù)學(xué)匯編第八卷）(MathematicalCollec-tionBook8)中聚集了古希臘對(duì)力學(xué)研究的成果。1022約旦努(JordanusdeNemore,1220)在（重物的闡述）(Liberdeponderibus)中討論了物體的平衡問(wèn)題，包含了虛功原理的萌芽。1533哥白尼(NicholasCopernicus,1473-1543)在（天體運(yùn)行論）(Derevolutionibusorbiumcelestium)中提出了太陽(yáng)系的哥白尼系統(tǒng)。1543開普勒(JohannesKepler,1571-1630)在（宇宙的和諧）(Harmonicemindi)中總結(jié)了行星運(yùn)行的三大定律。1619斯梯芬(SemonStevin,1548-1620)的（靜力學(xué)原理）(Staticaeelementis)是靜力學(xué)體系標(biāo)志性著作。1586默森(MarinMersenne,1588-1648)在（宇宙的和諧）(Traitedel’HarmonieUniverselle)是最早關(guān)于聲音、音樂和樂器的著作。1627鄧玉函(JoannesTerrens,1576-1630)王徵在（遠(yuǎn)西奇器圖講）中最早介紹了西方力學(xué)知識(shí)。1627伽利略(GalileoGalilei，1564-1642)在（關(guān)于托勒密與哥白尼兩大世界體系的對(duì)話）(Thesystemoftheworld:infourdialogueswhere-inthetwograndsystemesofPtolemyandCopernicus)中系統(tǒng)地論證了哥白尼系統(tǒng)，提出了慣性運(yùn)動(dòng)的概念。1632關(guān)于兩門新學(xué)科的對(duì)話）總結(jié)了材料強(qiáng)度、自由落體和拋物體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。1638托里拆利(EvangelistaTorrielli，1608-1647)在（論重物的運(yùn)動(dòng)）(Demotugravium)中證實(shí)了孔口出流的速度與液高的平方根成比例(即托里拆利定理)，還指出位置最低時(shí)平衡得好，是平衡穩(wěn)定性的最早提法。1644波義耳(Boyle,Hobert,1627-1691)在（關(guān)于空氣的彈性及其效果的物理力學(xué)新實(shí)驗(yàn)）(Newexperimentsphysico-mechanicall,tou-chingthespringoftheairanditseffects)中以系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)論證了氣體的彈性。1660科恩(A.Korn)在（關(guān)于彈性理論與轉(zhuǎn)軸彎曲的不等式）(Ubereinigeungleichungenwelcheindertheoriederelastoschenundelektrischenschwingungeneinerollespoelen)中給出了彈性力學(xué)能量正定性的不等式。1909索維菲(ArnoldSommerfeld,1868-1951)在（對(duì)流動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橥牧鞯慕忉專?Einbeitragzurhydrodynamichenerklaungderturbulentflus-sigkeit-sbewegungen)是對(duì)層流穩(wěn)定性的較早研究，得到了非自共軛的Orr-Sommerfeld偏微分方程。1909馮.米賽斯(RichardvonMises,1883-1953)在（塑性變形固體的力學(xué)）(Mechanikderfes-tenkorperinplastischdeformablen)中提出固體在一定應(yīng)力狀態(tài)下的一種屈從條件，被稱為米賽斯條件。1913伽遼金(,1871-1945)在（在某些桿與板平衡問(wèn)題中的級(jí)數(shù)）(俄文)中提出一種直接離散的近似方法，被稱為伽遼金(Galerkin)方法。1915諾特(EmmyNoether,1882-1935)在（變分問(wèn)題的不變量）(InvarianteVariationsprob-leme)中給出了兩個(gè)關(guān)于動(dòng)力系統(tǒng)的不變量定理，對(duì)20世紀(jì)力學(xué)和物理的發(fā)展產(chǎn)生了深入的影響。1918格里菲斯(AlanArnoldGriffith,1893-1963)在（固體的流動(dòng)與斷裂現(xiàn)象）(ThephenomenaofRuptureandFlowinSolids)是斷裂力學(xué)的最早文獻(xiàn)。1920從上述簡(jiǎn)單介紹中能夠看到下面結(jié)論：16世紀(jì)以前力學(xué)發(fā)展較慢；中國(guó)固然有很多水利、橋梁、土木等等的偉大工程，卻沒有發(fā)表過(guò)力學(xué)方面的文獻(xiàn)；力學(xué)與數(shù)學(xué)關(guān)系嚴(yán)密、力學(xué)的發(fā)展與工程的需要密不可分；一輩子能為后人留下有用的珍貴知識(shí)并不容易。21世紀(jì)力學(xué)發(fā)展趨勢(shì)固體力學(xué)方面：經(jīng)典的連續(xù)介質(zhì)力學(xué)的模型和體系可能被突破，它們可能將包括某些對(duì)宏觀力學(xué)行為起敏感作用的細(xì)觀和微觀因素，以及它們的演化，進(jìn)而使復(fù)合材料的強(qiáng)化、韌化和功能化立足于科學(xué)的認(rèn)識(shí)之上固體力學(xué)將融匯力-熱-電-磁等效應(yīng)，機(jī)械力與熱、電、磁等效應(yīng)的轉(zhuǎn)換和控制，進(jìn)而解決微機(jī)械、微工藝、微控制等方面急需解決的問(wèn)題。固體力學(xué)中非線性動(dòng)力學(xué)、非平衡統(tǒng)計(jì)和熱力學(xué)的概念和方法將大大豐富起來(lái)。隨著計(jì)算機(jī)的飛速發(fā)展，分子動(dòng)力學(xué)等微觀模擬方法、復(fù)雜構(gòu)造的仿真分析將更大規(guī)模更迅速地在固體力學(xué)和工程設(shè)計(jì)中得到應(yīng)用和發(fā)展。固體力學(xué)的上述發(fā)展，必將推動(dòng)科學(xué)和工程技術(shù)的宏大進(jìn)步。流體力學(xué)方面：為了盡可能多地開采地下油氣，需要深化研究滲流機(jī)理并定量化。它的研究還有助于了解各種新陳代謝的宏觀機(jī)制?；ち鞒痰脑O(shè)計(jì)，很大程度上歸結(jié)為流體運(yùn)動(dòng)的計(jì)算問(wèn)題。由于流動(dòng)的復(fù)雜性，針對(duì)若干典型化工設(shè)備進(jìn)行深化的研究，將為化工設(shè)計(jì)和生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)化等提供新方法和基礎(chǔ)。而復(fù)雜流場(chǎng)計(jì)算需要各種計(jì)算方法和理論，必須發(fā)展新的計(jì)算機(jī)軟硬件，這就必須在計(jì)算流體力學(xué)上投入更大的氣力。為了盡可能多地開采地下油氣，需要深化研究滲流機(jī)理并定量化。它的研究還有助于了解各種新陳代謝的宏觀機(jī)制?；ち鞒痰脑O(shè)計(jì)，很大程度上歸結(jié)為流體運(yùn)動(dòng)的計(jì)算問(wèn)題。由于流動(dòng)的復(fù)雜性，針對(duì)若干典型化工設(shè)備進(jìn)行深化的研究，將為化工設(shè)計(jì)和生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)化等提供新方法和基礎(chǔ)。而復(fù)雜流場(chǎng)計(jì)算需要各種計(jì)算方法和理論，必須發(fā)展新的計(jì)算機(jī)軟硬件，這就必須在計(jì)算流體力學(xué)上投入更大的氣力。一般力學(xué)方面：隨著技術(shù)的發(fā)展，諸如機(jī)器人、人造衛(wèi)星和高速列車等等領(lǐng)域的發(fā)展，亟需解決多體系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)和控制、大尺度柔性部件和液體的運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性、車輛與軌道作一個(gè)高度復(fù)雜非線性系統(tǒng)等的建模，求解理論和方法等的研究分析。一般力學(xué)近來(lái)已經(jīng)進(jìn)入生物體運(yùn)動(dòng)的研究，例如研究人和動(dòng)物行走、奔跑及跳躍中的力學(xué)問(wèn)題。其研究結(jié)果可提供生物進(jìn)化論方向的理性認(rèn)識(shí)，可以為提高某些機(jī)構(gòu)、機(jī)械的性能提供指導(dǎo)。力學(xué)與其他學(xué)科的穿插：所為學(xué)科的穿插可分三類：1)學(xué)科內(nèi)部不同分支穿插，例如流體彈性力學(xué)；2)兩不同學(xué)科間的穿插，例如物理力學(xué)；3)兼有前兩者的特點(diǎn)，例如爆炸力學(xué)、物理化學(xué)滲流、生物力學(xué)等。穿插學(xué)科并非兩個(gè)學(xué)科或分支學(xué)科的簡(jiǎn)單加合，它基于源學(xué)科又有區(qū)別，它的發(fā)展有利于發(fā)展新學(xué)科并促進(jìn)源學(xué)科的發(fā)展。20世